Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 1 MÁTRIX-ELMOZDULÁS- MÓDSZER MÁTRIXARITMETIKAI ALAPFOGALMAK.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 1 MÁTRIX-ELMOZDULÁS- MÓDSZER MÁTRIXARITMETIKAI ALAPFOGALMAK."— Előadás másolata:

1 Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 1 MÁTRIX-ELMOZDULÁS- MÓDSZER MÁTRIXARITMETIKAI ALAPFOGALMAK

2 Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 2 A MÁTRIX DEFINÍCIÓJA Lineáris (vagy linearizálható) függvénykapcsolatban álló halmazok vizsgálatára igen alkalmas a lineáris egyenlet(rendszer). Az ebben szereplő együtthatók számtáblázatba rendezve a halmazok diszkrét elemei közötti összefüggéseket tömören és matematikailag korrekt módon írják le. Az ilyen kétdimenziós, diszkrét elemekből álló táblázatot MÁTRIXnak nevezzük.

3 Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 3 A MÁTRIX DEFINÍCIÓJA Az m × n méretű mátrixnak m sora és n oszlopa van. i= 1, 2, 3,..., n j= 1, 2, 3,..., m

4 Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 4 NÉHÁNY EGYSZERŰ NEVEZETES MÁTRIX A sorok és az oszlopok felcserélésével kapott mátrix az eredeti transzponáltja.

5 Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 5 NÉHÁNY EGYSZERŰ NEVEZETES MÁTRIX Alaphelyzetben a vektor oszlopvektort jelöl, a sorvektort a (neki megfelelő) oszlopvektor transzponáltjaként értelmezzük. Az egydimenziós mátrix neve vektor.

6 Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 6 NÉHÁNY EGYSZERŰ NEVEZETES MÁTRIX Ha a mátrix sorainak és oszlopainak száma megegyezik, kvadratikus mátrixról beszélünk. A kvadratikus mátrix sorainak ill. oszlopainak száma a mátrix rendje.

7 Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 7 NÉHÁNY EGYSZERŰ NEVEZETES MÁTRIX Ha a kvadratikus mátrix megegyezik a saját transzponáltjával, szimmetrikus mátrixról beszélünk.

8 Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 8 NÉHÁNY EGYSZERŰ NEVEZETES MÁTRIX Ha a kvadratikus mátrixnak csak a főátlójában van zérustól különböző elem, a mátrixot diagonális mátrixnak nevezzük.

9 Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 9 NÉHÁNY EGYSZERŰ NEVEZETES MÁTRIX Ha a diagonális mátrix főátlójában lévő valamennyi elem értéke 1, akkor az egységmátrixot kapjuk (ezzel szorozva a szorzat mátrix az eredeti tényező-mátrixot adja vissza). E=  ij

10 Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 10 NÉHÁNY EGYSZERŰ NEVEZETES MÁTRIX.A kontinuáns mátrix olyan tridiagonális kvadratikus mátrix, amelyben csak a főátlóban, és annak közvetlen szomszédjaiban álló elemek különböznek zérustól. [a ij =0, ha |i-j|>1]

11 Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 11 NÉHÁNY EGYSZERŰ NEVEZETES MÁTRIX Ha a szimmetrikus mátrixban a főátló mellett több szomszéd is zérustól különböző, sávmátrixról, vagy szalagmátrixról beszélünk. [a ij =0, ha |i-j|>k, ahol a sávszélesség 2k] Ha a kvadratikus mátrixban a főátló alatt, vagy a főátló felett csak zérus elemek állnak, háromszögmátrixról beszélünk. [a ij =0, ha i j, ] Ha a mátrix minden eleme zérus, a mátrix neve (furcsa és meglepő módon): zérusmátrix.

12 Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 12 EGYSZERŰ MÁTRIXMŰVELETEK ÖSSZEADÁS-KIVONÁS: a műveleteket rendre a megfelelő elemeken kell végrehajtani! Csak azonos méretű mátrixok vonhatók össze! A±B=C [a ij ] ± [ b ij ] = [ c ij ] MÁTRIX SZORZÁSA KONSTANSSAL: a konstanssal minden elem külön-külön szorzandó. k×D = [k×d ij ]

13 Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 13 EGYSZERŰ MÁTRIXMŰVELETEK KÉT MÁTRIX SZORZATA A mátrix-szorzásban a tényezők NEM felcserélhetők! A szorzás csak akkor értelmezhető, ha az első tényező OSZLOPAINAK és a második tényező SORAINAK száma MEGEGYEZIK. Ilyenkor a szorzatmátrix ij indexű eleme az első tényező i-ik sorának (mint sorvektornak) és a második tényező j-ik oszlopának (mint oszlopvektornak) a SKALÁRIS SZORZATA. A × B = C c kl =  (a kj ×b jl ) (m,r) (r,n) (m,n) j=1 r

14 Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 14 EGYSZERŰ MÁTRIXMŰVELETEK SOR- ÉS OSZLOPVEKTOR SZORZATA Egy sor- és egy oszlopvektor akkor szorozható össze, ha elemszámuk megegyezik. Ilyenkor (skalár)szorzatuk eredménye egy SZÁM. (1,n) a T × b = c ahol c =  (a i ×b i ) (n,1) (1,1) i=1 n c

15 Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 15 EGYSZERŰ MÁTRIXMŰVELETEK OSZLOP- ÉS SORVEKTOR SZORZATA Egy oszlop- és egy sorvektor mindenképp összeszorozható, a szorzat egy MÁTRIX, amelyben a sorok száma az első tényező elemszámával, az oszlopok száma a második tényező elemszá- mával egyezik meg. Az így előálló mátrixok neve DIÁD. (m,1) a × b T = C ahol c i,j = a i ×b j (1,n) (m,n) Minden mátrix felírható diádok összegeként. A mátrixot előállító minimális diádszám a mátrix rangja,  (A). A rang a mátrix lineárisan független sorainak ill. oszlopainak számával (is) megegyezik, tehát a sor- ill. oszlopszámnál nagyobb nem lehet.

16 Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 16 NEVEZETES MÁTRIXOK Ha egy kvadratikus mátrix rendje és rangja azonos, a mátrix nemszinguláris (determinánsa nem zérus). Ha a mátrix nem kvadratikus, vagy rangja kisebb a rendjénél (ez esetben determinánsa zérus), a mátrix szinguláris. A nemszinguláris mátrixok esetében létezik az inverzmátrix, amelynek az eredeti mátrixszal képzett szorzata az egységmátrix:

17 Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 17 NEVEZETES MÁTRIXOK A (kvadratikus) mátrix ortogonális, ha inverze és transzponáltja azonos. Az ortogonális mátrixokra igaz, hogy:

18 Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 18 A DERÉKSZÖGŰ KOORDINÁTAREND- SZER MÁTRIXELMÉLETI ALAPJAI A pontok helyét, a vektorok állását a térben a koordinátageomet- ria eszközrendszerével kezeljük. Leggyakrabban a Descartes-féle derékszögű (ortogonális) koordinátarendszert alkalmazzuk. Ilyenkor egy pont helyét a tengelyekkel párhuzamos (egység)- vektorok, és egy-egy, az illető tengely mentén mérendő távolsá- got mérő skalárszám szorzata adja a megfelelő koordinátát. A fenti ábrázolás alapját a koordinátatengely-irányú (egység)- vektorok képezik, ezért ezeket a rendszer bázisvektorainak nevezzük.

19 Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 19 A DERÉKSZÖGŰ KOORDINÁTAREND- SZER MÁTRIXELMÉLETI ALAPJAI Ortogonális (bázis) vektorrendszert alkot az az n darab, n méretű, nemzérus vektor, amelyekre igaz, hogy páronként skalárszorzatuk zérus. Ha emellett a (bázis)vektorok mindegyikére igaz, hogy a saját magával képzett skalárszorzata 1, akkor ortonormált (bázis)vektorrendszerről beszélhetünk. Ezek felhasználásával az n dimenziós (matematikai) „tér”-ben egyértelműen megadható egy pont helyzete, egy vektor állása. ha j≠k; ha j=k

20 Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 20 A DERÉKSZÖGŰ KOORDINÁTAREND- SZER MÁTRIXELMÉLETI ALAPJAI Az egymásra kölcsönösen merőleges (egység)vektorokból álló mátrix mindig ortogonális. Az (n méretű) egységmátrixból egy (bármelyik) egységvek- torral képzett diádot levonva annak rangja eggyel csökken. Az olyan mátrixot, vektort, amelynek elemei maguk is mátrixok, ill. vektorok, hipermátrixnak, ill. hipervektornak nevezzük.

21 Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 21 KOORDINÁTA-TRANSZFORMÁCIÓ, TRANSZFORMÁLÓ MÁTRIX Az xyz derékszögű koordinátarendszer ben az a vektor komponensei az a x, a y, a z tengelyirányú vetületnagyságokat megadó skalárszámok és az e x, e y, e z tengelyirányú egységvektorok szorzataiként állíthatók elő. a aeae aeae aeae axexaxex azezazez ayeyayey x z y    A  derékszögű koordinátarendszer ben az a vektor komponensei az a , a , a  tengelyirányú vetületnagyságokat megadó skalárszámok és az e , e , e  tengelyirányú egységvektorok szorzataiként állíthatók elő.

22 Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 22 KOORDINÁTA-TRANSZFORMÁCIÓ, TRANSZFORMÁLÓ MÁTRIX A vetületek skalárszámait (oszlop)vektorba rendezve az a vektor a tengelyirányú egységvektorokból képzett sorvektor és a vetületnagyságokból képzett oszlopvektor skaláris szorzataként jelenik meg. Természetesen a kétféle koordinátarendszerből előállított a vektor nem különbözhet, azaz:

23 Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 23 KOORDINÁTA-TRANSZFORMÁCIÓ, TRANSZFORMÁLÓ MÁTRIX Ha az előbbi egyenlőség mindkét oldalát balról megszorozzuk az e x -e y -e z egységvektorokból képzett (a sorvektor transzponáltja- ként értelmezhető) oszlopvektorral, a bal oldalon (az egységvek- torok ortonormáltsága miatt) az egységmátrix, a jobb oldalon a transzformációs mátrix lesz az a vetületvektor szorzója. (Ez a transzformáció a  koordinátarendszerből az xyz-be visz át.)

24 Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 24 KOORDINÁTA-TRANSZFORMÁCIÓ, TRANSZFORMÁLÓ MÁTRIX A T transzformációs (vagy: forgató-) mátrix elemei az xyz ill. a  koordinátarendszerek tengelyirányú egységvektorainak skaláris szorzatai, amik valójában (a vektorok normáltsága miatt) a megfelelő tengelyek által bezárt szögek koszinuszai. Ha a forgatás csak egy síkban történik (pl. a z tengely körül), akkor a T transzformációs (vagy: forgató-) mátrix egyszerűbb alakba írható:

25 Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 25 MÁTRIX-ELMOZDULÁS- MÓDSZER A FELTÉTELI MÁTRIX- EGYENLET(RENDSZER)

26 Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 26 AZ ELMOZDULÁSMÓDSZER MÁTRIXEGYENLETE Ax+a 0 =0 Kv=q v=x, q=a 0, K=-A az elmozdulásmódszer klasszikus feltételi egyenlete a mátrix-elmozdulásmódszer feltételi egyenlete a mátrix-elmozdulásmódszer és a klasszikus elmozdulásmódszer jelöléseinek megfeleltetése: v a csomóponti elmozdulások vektora q a csomópontokra ható erők-nyomatékok vektora K a szerkezet merevségi mátrixa

27 Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 27 MÁTRIX-ELMOZDULÁS- MÓDSZER A CSOMÓPONTI DINÁMOK- ELMOZDULÁSOK

28 Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 28 AZ ALKALMAZOTT KOORDINÁTARENDSZEREK  a csomópontok adatait és jellemzőit (csomóponti erők- nyomatékok, csomóponti eltolódások-elfordulások) a szerkezet xyz globális koordinátarendszerében lehet jól kezelni;  a rúdelemek adatait és jellemzőit (belső erő- és nyomatéki függvények, keresztmetszeti elmozdulási és alakváltozási függvények) a rúdelem saját, rudanként felvett  lokális koordinátarendszerében lehet jól kezelni. A szerkezet vizsgálata során kétféle koordinátarendszert célszerű használni:

29 Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 29 A CSOMÓPONTI DINÁMOK- ELMOZDULÁSOK JELÖLÉSE Általános (térbeli) esetben a csomópontra működő erőhatások és a csomópont elmozdulásai (a csomópont elmozdulási szabadságfokának megfelelően) hatfélék lesznek: F ix, F iy, F iz, M ix, M iy, M iz, ill. e ix, e iy, e iz,  ix,  iy,  iz Síkbeli (pl. xy síkbeli) szerkezet esetében a csomóponti erők- elmozdulások a következők: F ix, F iy, M iz, ill. e ix, e iy,  iz Ezek az erő- ill. elmozdulás-összetevők (oszlop)vektor(ok)ba rendezhetők, és ezekből a csomópontonkénti „vektor-blokkok”- ból áll össze a teljes szerkezet erő- ill. elmozdulásvektora.

30 Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 30 EGY SÍKBELI RÚDELEM IGÉNYBEVÉTELEI ÉS ELMOZDULÁSAI i A rúdelem lokális  koordinátarendszere és a pozitív igénybevételek- elmozdulások  j L   ujuj ujuj j  i  uiui uiui i  L   NjNj TjTj MjMj MiMi TiTi j NiNi NN TT MM L-

31 Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 31 A RÚDERŐK ÉS A CSOMÓPONTI ERŐK MEGFELELTETÉSE Az i-j jelű rúdon (i

32 Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 32 A CSOMÓPONTI ERŐK A csomópontokra ható erők a következők lehetnek:  közvetlen csomóponti erő  közvetlen csomóponti nyomaték  a rúdról (rudakról) a csomópontra átadódó erő (ez származhat a rúd erőterheléséből, a rúd kinematikai terheléséből)  a rúdról (rudakról) a csomópontra átadódó nyomaték (ez származhat a rúd erőterheléséből, a rúd kinematikai terheléséből)

33 Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 33 MÁTRIX-ELMOZDULÁS- MÓDSZER A SZERKEZET MEREVSÉGI MÁTRIXA

34 Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 34 A MEREVSÉGI MÁTRIX DEFINÍCIÓJA A szerkezet(i elem) merevsége mindig egy elmozdulás-elmoz- dítás nyomán keletkező (belső) erőt, igénybevételt jelent (úgy is értelmezhetjük, hogy a szerkezet ellenállása az elmozdítás- sal szemben). Minthogy az elmozdulás-módszerben a csomó- ponti elmozdulás-összetevőket tekintjük ismeretleneknek, a síkbeli rúdelem merevségi mátrixa a két rúdvégen beiktatható három-három elmozdulás-komponensből ébred(het)ő három- három belső dinámot szolgáltatja, azaz egy 6×6 méretű mátrix. Ez egyúttal jelzi a mátrix struktúráját is: a négy 3×3-as méretű blokk az egyes rúdvégeken ébredő erőket adja meg, a saját ill. a másik vég lehetséges elmozdulásai hatására.

35 Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 35 MINDKÉT VÉGÉN BEFOGOTT RÚD MEREVSÉGI REAKCIÓI i j EA EJ   i   EA/L  u i  =1 L 4EJ  /L 2EJ  /L -6EJ  /L 2 6EJ  /L 2 -12EJ  /L 3 12EJ  /L 3 6EJ  /L 2 u i  =1 EJ  2EJ  /L 4EJ  /L ij EA u j  =1 u j  =1 -12EJ  /L 3 12EJ  /L 3 -6EJ  /L 2 j   -6EJ  /L 2 6EJ  /L 2 EJ  a rúdvégek egységnyi elmozdítása során ébredő rúdvégi erők és nyomatékok -EA/L EA/L -EA/L

36 Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 36 A RÚDVÉGI ELMOZDULÁSOK ÉS IGÉNYBEVÉTELEK ÖSSZEFÜGGÉSE i: befogott j: befogott ViVi VjVj u i  =1u i  =1  i  =1 u j  =1u j  =1  j  =1 SiSi -N i  EA/L-EA/L -T i  12EJ  /L 3 6EJ  /L 2 -12EJ  /L 3 6EJ   L 2 -M i  6EJ  /L 2 4EJ  /L -6EJ   L 2 2EJ  /L SjSj NjNj -EA/LEA/L TjTj -12EJ  /L 3 -6EJ  /L 2 12EJ  /L 3 -6EJ  /L 2 MjMj 6EJ  /L 2 2EJ  /L-6EJ  L 2 4EJ  /L

37 Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 37 EGY SÍKBELI RÚDELEM MEREVSÉGI MÁTRIXA a mindkét végén befogottrúdelem merevségi mátrixa

38 Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 38 A CSUKLÓS-BEFOGOTT VÉGŰ RÚD MEREVSÉGI REAKCIÓI i j EA EJ   i    u i  =1 L -3EJ  /L 3 3EJ  /L 3 3EJ  /L 2 u i  =1 EJ  3EJ  /L ij EA u j  =1 u j  =1 -3EJ  /L 3 3EJ  /L 3 -3EJ  /L 2 j   -3EJ  /L 2 3EJ  /L 2 EJ  a rúdvégek egységnyi elmozdítása során ébredő rúdvégi erők és nyomatékok EA/L -EA/L EA/L -EA/L

39 Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 39 A RÚDVÉGI ELMOZDULÁSOK ÉS IGÉNYBEVÉTELEK ÖSSZEFÜGGÉSE i: csuklós j: befogott ViVi VjVj u i  =1u i  =1  i  =1 u j  =1u j  =1  j  =1 SiSi -N i  EA/L-EA/L -T i  3EJ  /L 3 -3EJ  /L 3 3EJ   L 2 -M i  SjSj NjNj -EA/LEA/L TjTj -3EJ  /L 3 3EJ  /L 3 -3EJ  /L 2 MjMj 3EJ  /L 2 -3EJ  L 2 3EJ  /L

40 Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 40 EGY SÍKBELI RÚDELEM MEREVSÉGI MÁTRIXA a kezdőpontban csuklós,végpontban befogottrúdelem merevségi mátrixa

41 Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 41 A BEFOGOTT-CSUKLÓS VÉGŰ RÚD MEREVSÉGI REAKCIÓI i j EA EJ   i    u i  =1 L -3EJ  /L 3 3EJ  /L 3 3EJ  /L 2 u i  =1 EJ  3EJ  /L ij EA u j  =1 u j  =1 -3EJ  /L 3 3EJ  /L 3 -3EJ  /L 2 j   -3EJ  /L 2 3EJ  /L 2 EJ  a rúdvégek egységnyi elmozdítása során ébredő rúdvégi erők és nyomatékok EA/L -EA/L EA/L -EA/L

42 Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 42 A RÚDVÉGI ELMOZDULÁSOK ÉS IGÉNYBEVÉTELEK ÖSSZEFÜGGÉSE i: befogott j: csuklós ViVi VjVj u i  =1u i  =1  i  =1 u j  =1u j  =1  j  =1 SiSi -N i  EA/L-EA/L -T i  3EJ  /L 3 3EJ  /L 2 -3EJ  /L 3 -M i  3EJ  /L 2 3EJ  /L -3EJ   L 2 SjSj NjNj -EA/LEA/L TjTj -3EJ  /L 3 -3EJ  /L 2 3EJ  /L 3 MjMj

43 Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 43 EGY SÍKBELI RÚDELEM MEREVSÉGI MÁTRIXA a kezdőpontban befogott,végpontban csuklós rúdelemmerevségi mátrixa

44 Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 44 A RÚDVÉGI ELMOZDULÁSOK ÉS IGÉNYBEVÉTELEK ÖSSZEFÜGGÉSE i: befogott j: befogott ViVi VjVj u i  =1u i  =1  i  =1 u j  =1u j  =1  j  =1 SiSi -N i  EA/L-EA/L -T i  -M i  SjSj NjNj -EA/LEA/L TjTj MjMj

45 Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 45 EGY SÍKBELI RÚDELEM MEREVSÉGI MÁTRIXA a mindkét végén csuklósrúdelem merevségi mátrixa

46 Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 46 A SZERKEZET MEREVSÉGI MÁTRIXA A rúdelem merevségi (hiper)mátrixa (amit a rúdvégi elmozdítások és erők szerint négy al-mátrixból (blokkból) állítottunk össze) a rúd saját, lokális koordinátarendszerében készült. A csomópontok egyensúlyi vizsgálatát viszont csak a globális koordinátarendszer- ben végezhetjük el. Ehhez a rúd a saját rendszerben készült merevsé- gi mátrixot transzformálni kell, mégpedig kétszeresen:  a valóságos csomóponti elmoz- dulások (az ezekből ébredő erő- ket neveztük merevségeknek) globális irányúak, tehát a rúd sa- ját, lokális rendszerében ezeknek csak a megfelelő vetülete fejt ki elmozdító hatást;  a rúdvégek elmozdulásaiból szár- mazó erők viszont a lokális rend- szerben értelmezettek, ugyanak- kor a csomópontok egyensúlyá- hoz a rudakról a csomópontokra ható globális irányú erőkompo- nensekre van szükségünk.

47 Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 47 A SZERKEZET MEREVSÉGI MÁTRIXA Az egy rúdelemre érvényes globális koordinátákon értelmezett merevségi mátrix (a lokális koordinátákon előállított merevségi mátrixhoz hasonlóan) négy blokkból áll, amelyek az i-j rúdvégek elmozdulásaiból az i-j rúdvégeken ébredő, most már globális irányú, tehát a többi rúdról adódó erőkkel skalárisan összevonható erőket adják meg. A blokkok felső indexelése a „hely-ok” konvenciót tükrözi.

48 Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 48 A SZERKEZET MEREVSÉGI MÁTRIXA A globális koordinátarendszerben rudanként értelmezett merevségi- mátrix blokkokból állíthatjuk elő a teljes szerkezet merevségi mát- rixát, amelynek elemei (ill. blokkjai) az oszlopokhoz tartozó egység- nyi elmozdulások (csomóponti elmozdulás-csoportok) hatására ébredő csomóponti válasz-dinámokat (dinámcsoportokat) jelenítik meg. A főátlóban a hely és az ok azonos, tehát itt a csomópontba befutó rudak számával megegyező számú rudankénti (globális koordináta irányú) merevségi-mátrix blokk összege adja a teljes merevségi mátrix elemet (blokkot). A többi (hiper)mátrixelem esetében a hely és az ok nem azonos, tehát a vizsgált helyen (csomópontban) ébredő hatás egy másik csomóponti elmozdulás okán keletkezik. Minthogy azonban két pont között csak egy rúd helyezkedhet el, ezek az elemek zéruselemek (ha az illető pontpár között nincs rúd), vagy egyetlen blokkból állnak (ha az illető pontpár között van rúd).

49 Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 49 A SZERKEZET MEREVSÉGI MÁTRIXA A főátlóban lévő hipermátrix-elemek mindig legalább két blokk összegeként jelennek meg, a többi elem pedig vagy zérus, vagy egyetlen blokk (a csomópontok közötti valós kapcsolat lététől függően)

50 Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 50 A SZERKEZET MEREVSÉGI MÁTRIXA A szerkezet előbbiekben bemutatott teljes merevségi hipermátrixában egy elem a rudanként előállított és a globális koordinátarendszerbe transzformált merevségi mátrix egy-egy blokkja (vagy blokk-összege), azaz mérete síkbeli tartó esetén 3×3, térbeli szerkezet esetén 6×6. A teljes szerkezet merevségi mátrixának mérete (rendje) tehát az elmozdulóképes csomópontok számának és a blokk elemszámának szorzataként állítható elő. (Természetesen a fenti számítás során nem tekintettük a rúdelemeket nyújt- hatatlannak, de a nyírási deformáció figyelembevételétől eltekintettünk.)

51 Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 51 A MEGOLDÁSVEKTOR ELŐÁLLÍTÁSA  Az elmozdulásmentesnek feltételezett csomópontokra összegzett erők és nyomatékok szolgáltatják a csomóponti kiegyensúlyozatlan dinámok vektorát, azaz a tehervektort.  A csomópontok egységnyi elmozdulásaira adott szerkezeti válaszok alapján előállított merevségi mátrix adja az együtthatómátrixot.  Ezek ismeretében a mátrixegyenlet felírható és (megfelelő matematikai segédapparátus felhasználásával meg is oldható.  A megoldásvektor elemei az egyensúlyi állapothoz tartozó csomóponti elmozdulás-összetevők lesznek.

52 Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 52 A RÚDIGÉNYBEVÉTELEK ELŐÁLLÍTÁSA A csomóponti elmozdulás-összetevők ismeretében a rudak egyedi merevségi mátrixai segítségével meghatározhatók a rúdvégi erők-nyomatékok, és az ezeknek megfelelő igénybevételi függvények. Ezekhez hozzáadva a rúd saját erő- és kinematikai terheléséből adódó igénybevételeket megkapjuk a rúdelemnek, mint a határozatlan tartó egy szerkezeti elemének igénybevételi függvényeit.


Letölteni ppt "Tartók Statikája I.SZÉCHENYI EGYETEM, Szerkezetépítési Tanszék 1 MÁTRIX-ELMOZDULÁS- MÓDSZER MÁTRIXARITMETIKAI ALAPFOGALMAK."

Hasonló előadás


Google Hirdetések